长骨大段骨缺损修复材料的力学性能及制备策略

作     者：梁庆优 邓春林 LIANG Qingyou;DENG Chunlin

作者机构：华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 华南理工大学分析测试中心广州510640 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2021年第35卷第13期

页      面：13100-13108,13118页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(51972120 51772105) 

主　　题：长骨大段骨缺损 人工骨修复材料 力学适配 骨微观结构 

摘      要：在长骨大段骨缺损修复中,自体骨移植是治疗的“金标准,但存在来源有限等问题;合金和部分陶瓷由于应力屏蔽效应而引起骨吸收;可降解生物材料的力学性能无法与皮质骨相匹配。因此,力学适配性是目前硬组织修复材料研究的首要目标。通过汇总硬组织修复材料的拉伸强度-杨氏模量的关系、断裂韧度-杨氏模量的关系、冲击强度(韧度)-杨氏模量的关系和杨氏模量-密度的关系可以发现,现有硬组织修复材料的四对力学性质都没有进入皮质骨的范围,离长骨骨干力学性质中央区域还有很长的距离。骨的微观结构对开发新型骨修复材料极具启示。骨实际上是一种复合材料,无机相、有机相均各自交联成一个独立的整体,但又在分子尺度加以复合,相互穿插、缠绕,具有既强又韧的性能。因此,满足皮质骨力学适配性的硬组织修复材料应包含羟基磷灰石和生物相容性良好的高分子材料,且它们在纳米尺度复合。海鞘纤维素具有很高的模量,拥有增强复合材料的巨大潜力。将海鞘纤维素与纳米羟基磷灰石复合,通过温和成型制备方法(如离子寡聚体聚合、冷烧结或快烧结等方法)有望获得力学性能与皮质骨匹配的人工骨修复材料。本文归纳了长骨大段骨缺损修复材料的研究现状,并指出了存在的问题,进一步根据骨的微观结构讨论了生物复合材料设计和制备策略,以期为开发出力学性能优良的生物材料提供参考。